JP4006638B2 - ２部材の塑性結合方法及び塑性結合用治具 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２部材の塑性結合方法及び塑性結合用治具に関する。本発明に係る２部材の塑性結合方法及びその塑性結合方法に用いる塑性結合用治具は、例えば、車両用オートマチック部品のドラムやハブ等をシャフトに結合する場合に好適に利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用オートマチック部品としてのドラムやハブは、シャフトに対して一体的に結合されている。かかるドラムやハブとシャフトとの結合には、電子ビーム溶接やレーザ溶接等が利用されている。
【０００３】
しかし、電子ビーム溶接やレーザ溶接を利用して２つの部材を結合する場合、電子ビームやレーザを発生させるべく、特殊な溶接装置の使用や多大な電力消費が必要となり、コスト高となる。
【０００４】
そこで、プレス機械等の使用のみで足り、コスト面で有利なかしめ締結を利用して２つの部材を塑性結合する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献１に記載されたかしめ締結を利用する塑性結合方法では、以下に示すように、アウタレース９１の段差部９１ａにブレーキハブ９２の内周縁端部９２ａをかしめ締結することにより、アウタレース９１とブレーキハブ９２とを塑性結合する（図１３参照。）。
【０００６】
ブレーキハブ９２より硬度の高いアウタレース９１の段差部９１ａには、軸方向と平行に延びる円形外面にローレット加工により歯部が予め設けられている。そして、アウタレース９１の外周側面９１ｂを内周側面９３ａで支持する治具９３上に該アウタレース９１をセットするとともに、このアウタレース９１の段差部９１ａにブレーキハブ９２の内周縁端部９２ａをセットした状態で、駆動手段９４によってヘッド９５を回転させながら下方に荷重を加え、円周方向における３箇所に配設されたかしめローラ９６によってアウタレース９１の凸部９１ｃを押し潰す。こうして凸部９１ｃを円周方向において均等に押し潰すことにより、該凸部９１ｃをブレーキハブ９２の内周縁端部９２ａに食い込ませて、押し潰された部分と段差部９１ａの水平面との間で該内周縁端部９２ａを挟持するとともに、この食い込みに伴い内周縁端部９２ａの材料を塑性流動によってローレットの歯間に進入させ、アウタレース９１とブレーキハブ９２とを塑性結合する。
【０００７】
ここに、この塑性結合方法では、かしめ前のセット状態においてアウタレース９１の段差部９１ａとブレーキハブ９２の内周縁端部９２ａとの間に形成された所定のクリアランスを、円周方向における３箇所で同時にかしめて円周方向において凸部９１ｃを均等に押し潰すことにより、均等に小さくしていくことで、アウタレース９１とブレーキハブ９２との軸心合わせを行っている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３３３５３３号公報（第３−４頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の塑性結合方法では、アウタレース９１及び治具９３それぞれの加工寸法公差により、アウタレース９１の外周側面９１ｂと治具９３の内周側面９３ａとの間に若干のクリアランスが形成されることを避けられない。このクリアランスの存在は、治具９３に対してアウタレース９１が偏心した状態でセットされたり、治具９３に対してアウタレース９１が軸直角方向に遊動したりすることを誘発する。かかる状況下では、ヘッド９５の軸心（３個のかしめローラ９６の中心）とアウタレース９１の軸心とを合わせること、ひいては３個のかしめローラ９６によりアウタレース９１の凸部９１ｃを周方向で均等に押し潰すことは困難である。
【００１０】
したがって、上記従来の塑性結合方法では、アウタレース９１の軸心とブレーキハブ９２の軸心とを精密に合わせすることが困難であり、両者の同軸度にはばらつきが生じ易い。
【００１１】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、同軸度を向上させることのできる２部材の塑性結合方法及び塑性結合用治具を提供することを解決すべき技術課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の２部材の塑性結合方法は、円周外面よりなる結合外面及び円周外面よりなる被押圧外面を有する内側部材と、円周内面よりなる結合内面及び円周内面よりなる被押圧内面を有する外側部材とを、該内側部材及び該外側部材のうちの硬度の高い方の部材の結合面にプレス方向と平行に歯すじが延びるように予め設けられた複数の歯部を硬度の低い方の部材の結合面に食い込ませながら、塑性結合する２部材の塑性結合方法であって、半径方向内方へ付勢されて上記被押圧外面を周方向において略均等に押圧内面で押圧可能な内方押圧部と、半径方向外方へ付勢されて上記被押圧内面を周方向において略均等に押圧外面で押圧可能な外方押圧部とが同軸的に設けられた治具を用い、プレス機の所定位置に上記治具を配設するとともに該治具に対して上記内側部材及び上記外側部材をセットし、半径方向内方へ付勢された上記内方押圧部の上記押圧内面で上記被押圧外面を半径方向内方へ周方向において略均等に押圧する一方、半径方向外方へ付勢された上記外方押圧部の上記押圧外面で上記被押圧内面を半径方向外方へ周方向において略均等に押圧するセット状態にする配設工程と、少なくともプレス初期段階では上記セット状態を維持しながら、上記プレス機により上記内側部材と上記外側部材とを上記歯すじが延びる方向に相対移動させて塑性結合するプレス工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
この２部材の塑性結合方法では、配設工程で、プレス機の所定位置に治具を配設するとともに該治具に対して内側部材及び外側部材をセットしてセット状態にする。このセット状態では、半径方向内方へ付勢された内方押圧部の押圧内面により内側部材の被押圧外面を半径方向内方へ周方向において略均等に押圧する一方、該内方押圧部と同軸的に設けられ半径方向外方へ付勢された外方押圧部の押圧外面により外側部材の被押圧内面を半径方向外方へ周方向において略均等に押圧している。このため、たとえセット前においては、治具の内方押圧部及び内側部材の被押圧外面の加工寸法公差により該内方押圧部と該被押圧外面との間にクリアランスがあったり、あるいは治具の外方押圧部及び外側部材の被押圧内面の加工寸法公差により該外方押圧部と該被押圧内面との間にクリアランスがあったりしたとしても、上記セット状態ではこれらのクリアランスを確実に無くすことができる。したがって、所定位置に配設された治具に対して、内側部材及び外側部材を確実に同軸的に保持させることができる。
【００１４】
そして、プレス工程で、少なくともプレス初期段階では上記セット状態を維持しながら上記プレス機により内側部材と外側部材とを塑性結合することにより、治具に対して内側部材及び外側部材を確実に同軸的に保持させた状態で両部材を塑性結合することができる。したがって、内側部材と外側部材との同軸度を効果的に向上させることが可能となる。
【００１５】
よって、塑性結合部品としての製品機能を向上させたり、同軸度を高めるための後加工の廃止によりコストダウンを図ったりすることが可能となる。
【００１６】
また、内側部材及び外側部材のうちの硬度の高い方の結合面にはプレス方向と平行に歯すじが延びる複数の歯部が予め設けられており、プレス工程では、この歯部を硬度の低い方の部材の結合面に食い込ませながら、該歯部の歯すじが延びる方向に両部材を相対移動させることにより、両部材を塑性結合する。このとき、硬度の低い方の部材の材料が塑性流動により複数の歯部の歯溝部に流入する。こうして各結合面の歯部及び歯溝部同士の噛み合い係合により、内側部材と外側部材との間で、円周方向における結合強度を高めることができ、両部材間の相対回転を確実に規制することが可能となる。
【００１７】
さらに、硬度の低い方の部材の結合面には、歯部の食い込みで結合の進行方向に押し流される材料の塑性流動により、各該歯部の結合進行側における該結合面に棚部を形成することができる。こうして硬度の低い方の部材の結合面に形成された棚部により、硬度の低い方の部材に対して硬度の高い方の部材が結合進行側に相対移動することを確実に規制することができ、位置決め精度や結合強度を高めることができる。
【００１８】
なお、上記棚部の大きさは、歯部と相手側の結合面との重なり幅や歯部により相手側の結合面が押し込まれる長さによって適宜設定可能であり、軸方向（プレス方向）における結合力を適切に確保するには、結合面からの突出長さが１．０〜３．０ｍｍ程度となり、軸方向（プレス方向）における厚さが０．２〜０．６ｍｍ程度となるような大きさとすることが好ましい。
【００１９】
ここに、上記内側部材において、上記結合外面と上記被押圧外面とは、異なる円周外面により構成してもよいし、同一の円周外面により構成してもよい。同様に、上記外側部材において、上記結合内面と上記被押圧内面とは、異なる円周内面により構成してもよいし、同一の円周内面により構成してもよい。
【００２０】
また、硬度の高い方の部材の結合面に予め設けておく歯部は、プレス又は切削加工により歯丈の高いものとしておくことにより、内側部材及び外側部材間の相対回転をより確実に規制することが可能となる。具体的には、この歯部の全歯丈は０．９〜１．５ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２１】
さらに、内側部材及び外側部材の硬度は、ビッカース硬さで、硬度の高い方の部材の硬度を４５０Ｈｖ以上とする一方、硬度の低い方の部材の硬度を８０〜１５０Ｈｖ程度とし、かつ、硬度の高い方の部材の硬度を硬度の低い方の部材の硬度の３倍以上とすることが好ましい。
【００２２】
好適な態様において、前記治具は、円筒状基部と、周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の前記内方押圧部と、複数のスリットを介して該内方押圧部と周方向に交互にかつ同軸的に配置されるとともに周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の該一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の前記外方押圧部とからなり、各上記内方押圧部の押圧内面をそれぞれ周方向に結ぶ内面仮想円の直径は前記被押圧外面の外径の最小許容寸法以下に設定される一方、各上記外方押圧部の押圧外面をそれぞれ周方向に結ぶ外面仮想円の直径は前記被押圧内面の内径の最大許容寸法以上に設定され、前記セット状態では、上記被押圧外面で各上記押圧内面がそれぞれ拘束されることにより半径方向外方へ弾性変形している各上記内方押圧部がその弾性復元力により半径方向内方へ付勢される一方、上記被押圧内面で各上記押圧外面がそれぞれ拘束されることにより半径方向内方へ弾性変形している各上記外方押圧部がその弾性復元力により半径方向外方へ付勢されている。
【００２３】
この２部材の塑性結合方法で用いる治具は、内側部材及び外側部材がセットされたセット状態で、半径方向外方へ弾性変形している各内方押圧部がその弾性復元力により半径方向内方へ付勢される一方、各該内方押圧部と同軸的に設けられ半径方向内方へ弾性変形している各外方押圧部がその弾性復元力により半径方向外方へ付勢されている。すなわち、このセット状態では、各内方押圧部が内側部材の被押圧外面の実際寸法に合わせて半径方向外方へ弾性変形することにより各該内方押圧部と該被押圧外面との間のクリアランスが零に維持される一方、各該内方押圧部と同軸的に設けられた各外方押圧部が外側部材の被押圧内面の実際寸法に合わせて半径方向内方へ弾性変形することにより各該外方押圧部と該被押圧内面との間のクリアランスが零に維持されている。したがって、プレス機の所定位置に配設された治具に対して、内側部材及び外側部材を確実に同軸的に保持させることができる。
【００２４】
そして、かかる治具の採用により、簡素な構造でかつ効果的に内側部材及び外側部材の同軸度を向上させることが可能となる。
【００２５】
上記課題を解決する本発明の塑性結合用治具は、円周外面よりなる結合外面及び円周外面よりなる被押圧外面を有する内側部材と、円周内面よりなる結合内面及び円周内面よりなる被押圧内面を有する外側部材とを、該内側部材及び該外側部材のうちの硬度の高い方の部材の結合面にプレス方向と平行に歯すじが延びるように予め設けられた複数の歯部を硬度の低い方の部材の結合面に食い込ませながら、塑性結合する２部材の塑性結合方法に用いる塑性結合用治具であって、円筒状基部と、周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の内方押圧部と、複数のスリットを介して該内方押圧部と周方向に交互にかつ同軸的に配置されるとともに周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の該一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の外方押圧部とからなり、各上記内方押圧部の押圧内面をそれぞれ周方向に結ぶ内面仮想円の直径は上記被押圧外面の外径の最小許容寸法以下に設定される一方、各上記外方押圧部の押圧外面をそれぞれ周方向に結ぶ外面仮想円の直径は上記被押圧内面の内径の最大許容寸法以上に設定されていることを特徴とするものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２７】
この実施形態は、自動車用オートマチック部品としてのハブ及びシャフトの結合に本発明を適用したものである。
【００２８】
シャフト１とハブ２とが一体的に塑性結合された、シャフト１及びハブ２よりなる２部材の塑性結合部品を図１に示す。
【００２９】
シャフト１は、軸直角断面形状が円形のパイプ状をなし、軸部１１と、軸部１１の一端から遠心方向に水平に階段状に延出して、内周側の第１水平部１２ａ及び外周側の第２水平部としての外周縁端部１２ｂをもつ鍔１２とを一体に有している。このシャフト１は本発明に係る内側部材を構成する。そして、シャフト１の軸部１１の外周側面１１ａが本発明に係る円周外面よりなる被押圧外面を構成し、また、鍔部１２の外周縁端部１２ｂの外周端面１２ｃが本発明に係る円周外面よりなる結合外面を構成する。
【００３０】
ハブ２は、外側円筒部２１と、この外側円筒部２１の下端から求心方向に一体に略水平に延出する水平フランジ部２２と、この水平フランジ部２２の求心側端縁から垂直に上方に向かって一体に延出する内側円筒部２３とから構成されている。このハブ２は本発明に係る外側部材を構成する。そして、ハブ２の内側円筒部２３の内周面２３ａが本発明に係る円周内面よりなる結合内面及び被押圧内面を構成する。なお、外側円筒部２１及び内側円筒部２３は同軸をなし、外側円筒部２１の方が内側円筒部２３よりも軸方向長さが長くされている。
【００３１】
また、図２に示されるように、シャフト１の外周縁端部１２ｂの下側（プレス方向におけるプレス進行側）における内側円筒部２３の内周面には棚部２４が後述するプレス工程時に形成されるとともに、該外周縁端部１２ｂの上側（プレス方向におけるプレス後退側）における内側円筒部２３の該内周面にはかしめ加工部２５が後述するかしめ工程時に形成されており、該棚部２４及び該かしめ加工部２５間で該外周縁端部１２ｂが軸方向に挟持されている。
【００３２】
さらに、シャフト１の外周縁端部１２ｂの外周端面１２ｃには、軸方向（プレス方向）と平行に歯すじが延びる複数の歯部１３及び歯溝部１４が予め設けられている。そして、ハブ２の内側円筒部２３の内周面２３ａには、軸方向と平行に歯すじが延びる形成歯溝部２６及び形成歯部２７が後述するプレス工程時に形成され、シャフト１の歯部１３及び歯溝部１４とハブ２の形成歯溝部２６及び形成歯部２７とが噛み合い係合している（図１１参照）。シャフト１の外周縁端部１２ｂに予め設けられた歯部１３及び歯溝部１４は、後述するようにプレス加工によるもので、歯部１３の歯丈は高トルクに対応すべく１．２ｍｍとされている。
【００３３】
なお、上記シャフト１はビッカース硬さがＨｖ８００程度であるＳＣＭ４２０Ｈ（浸炭処理されたクロムモリブデン鋼）よりなり、上記ハブ２はビッカース硬さがＨｖ１００程度であるＳＰＨＤ（熱間圧延鋼板）よりなる。また、上記棚部２４は、内側円筒部２３の内周面２３ａから求心方向に突出して外周縁端部１２ｂと半径方向に重なる部分の長さが２．０ｍｍであり、軸方向における厚さが０．４ｍｍである。さらに、上記かしめ加工部２５は、内側円筒部２３の内周面２３ａから求心方向に突出して外周縁端部１１ａと半径方向に重なる部分の長さが１．０ｍｍであり、軸方向における厚さが１．０ｍｍである。
【００３４】
また、シャフト１とハブ２とを結合する前の状態において、シャフト１の外周縁端部１２ｂの歯部１３における外径はハブ２の内側円筒部２３の内周面２３ａの内径よりも大きく、かつ、該外周縁端部１２ｂの歯溝部１４における外径は該内周面２３ａの内径よりも小さく設定されている。
【００３５】
上記構成を有するシャフト１及びハブ２よりなる２部材の塑性結合部品は、図３〜図５に示される塑性結合用治具３を用いて、以下に示すように塑性結合したものである。
【００３６】
治具３は、例えば、ばね鋼ＳＵＰ６よりなり所定の内・外径を有する管状素材を切削加工することにより得られた一体削り出し品で、内径ｄ１及び外径ｄ２の円筒状基部３１と、周方向において略均等（約１２０度間隔）に配置されるように円筒状基部３１の一端に一体に設けられて半径方向内方及び外方への弾性変形が可能な３個の内方押圧部３２と、周方向において略均等（約６０度間隔）に配設された６個のスリット３３と、スリット３３を介して内方押圧部３２と周方向に交互にかつ同軸的に配置されるとともに周方向において略均等（約１２０度間隔）に配置されるように円筒状基部３１の該一端に一体に設けられて半径方向内方及び外方への弾性変形が可能な３個の外方押圧部３４とから構成されている。
【００３７】
各内方押圧部３２は、シャフト１の被押圧外面としての外周側面１１ａに対応する円弧内面よりなる押圧内面３２ａと、円弧外面３２ｂとを有している。一方、各外方押圧部３４は、ハブ２の結合内面及び被押圧内面としての内周面２３ａに対応する円弧外面よりなる押圧外面３４ａと、円弧内面３４ｂとを有している。そして、各内方押圧部３２の押圧内面３２ａをそれぞれ周方向に結ぶ内面仮想円Ｐ（図５に２点鎖線で示す）の直径（Ｄ１）は被押圧外面としての外周側面１１ａの外径の最小許容寸法（ＤＬ）以下（Ｄ１≦ＤＬ）に設定される一方、各外方押圧部３４の押圧外面３４ａをそれぞれ周方向に結ぶ外面仮想円Ｑの直径（Ｄ２、円筒状基部３１の外径ｄ２に等しい）は被押圧内面としての内周面２３ａの内径の最大許容寸法（ＤＭ）以上（ＤＭ≦Ｄ２）に設定されている。
【００３８】
ここに、各内方押圧部３２と各外方押圧部３４とは、上記内面仮想円Ｐの中心と上記外面仮想円Ｑの中心とのずれが０．０１ｍｍ以下となるように、ほぼ正確に同軸とされている。
【００３９】
なお、各内方押圧部３２の各円弧外面３２ｂを周方向に結ぶ仮想円の直径は、後述する配設工程及びプレス工程のプレス初期段階で、各内方押圧部３２がハブ２の内周面２３ａで拘束されることなく半径方向外方へ弾性変形することを許容すべく、上記外面仮想円Ｑの直径（Ｄ２）よりも所定量（Ｒ≧ＤＬ−Ｄ１）小さく設定されている。同様に、各内方押圧部３２の押圧内面３２ａをそれぞれ周方向に結ぶ上記内面仮想円Ｐの直径（Ｄ１）は、後述する配設工程で、シャフト１の外周側面１１ａが円筒状基部３１内に挿通されることを許容するとともに、後述する配設工程及びプレス工程で各内方押圧部３２が半径方向外方へ弾性変形することを許容すべく、円筒状基部３１の内径ｄ１よりも所定量（Ｒ≧ＤＬ−Ｄ１）小さく設定されている。
【００４０】
一方、各外方押圧部３４の各円弧内面３４ｂを周方向に結ぶ仮想円の直径は、後述する配設工程及びプレス工程で、各外方押圧部３４がシャフト１の第１水平部１２ａの外周面で拘束されることなく半径方向内方へ弾性変形することを許容すべく、該第１水平部１２ａの外周面の外径よりも所定量（Ｓ≧Ｄ２−ＤＭ）大きく設定されている。
【００４１】
また、各外方押圧部３４の軸方向長さ（円筒状基部３１の一端からの突出長さ）は、後述する配設工程及びプレス工程で、シャフト１の第１水平部１２ａの下面が各内方押圧部３２の上端面に当接した状態でも各外方押圧部３４が外周縁端部１２ｂの下面に当たることなく半径方向内方へ弾性変形することを許容するとともに、後述するプレス工程の終了時に、シャフト１の外周縁端部１２ｂの下面と各外方押圧部３４の上端面との間に上記棚部２４を形成しうるように、各内方押圧部３２の軸方向長さ（円筒状基部３１の一端からの突出長さ）よりも所定量（シャフト１の第１水平部１２ａの外周面の軸方向長さよりも小さい）長く設定されている。
【００４２】
以下、本実施形態における塑性結合方法を説明する。
【００４３】
（準備工程）
まず、パイプ状素材からプレス加工等により軸部１１の一端に鍔部１２を一体に有するシャフト１を所定形状に成形した。また、板状素材からプレス加工等により外側円筒部２１、水平フランジ部２２及び内側円筒部２３を一体に有するハブ２を所定形状に成形した。さらに、管状素材から切削加工等により一体削り出し品としての治具３を製作した。
【００４４】
（セレーション成形工程）
図６に示すようにシャフト１をダイス４１のダイス穴４１ａ内にセットした。このダイス４１のダイス穴４１ａの内周面にはセレーションとしての歯部１３及び歯溝部１４を成形するための歯成形部４１ｂが下方部に形成されている。なお、ダイス４１のダイス穴４１ａの内径は、外周縁端部１２ｂの外周端面１２ｃの外径と略同一とされている。
【００４５】
そして、シャフト１の軸部１１の孔内に嵌合される中央凸部４２ａと、鍔部１２の外周縁端部１２ｂの上端面に当接される環状当接面４２ｂとを有する第１パンチ４２でシャフト１をダイス穴４１ａ内に押し込んで、ダイス４１の歯成形部４１ｂで外周縁端部１２ｂの外周端面１２ｃに歯部１３及び歯溝部１４を成形した。
【００４６】
（配設工程）
シャフト１とハブとを塑性結合するためのプレス機は、図７及び図８に示すように、中心穴４３ａをもつ基台４３と、中心穴４３ａに嵌合されて基台４３上に立設された中央基台４４と、中心孔４５ａが中央基台４４と同軸状に配置されるように基台４３上に固定された第１及び第２下型４５ｂ及び４５ｃと、中心穴４３ａ及び中心孔４５ａ間の円筒状隙間に軸方向（中心孔４５ａ等の軸方向をいい、図７の上下方向。プレス方向でもある。以下、同様）に摺動可能に収容されたリング状部材４６と、基台４３及び円筒状部材４６間に配設されリング状部材４６を上方に付勢するバネ部材４７と、基台４３並びに第１及び第２下型４５ｂ及び４５ｃ内を軸方向に昇降可能なノックアウトピン４８と、リング状押さえ型４９と、第２パンチ５０とを備えている。
【００４７】
なお、ノックアウトピン４８、リング状押さえ型４９及び第２パンチ５０は、図示しない駆動手段によりそれぞれ昇降可能とされている。また、第１及び第２下型４５ｂ及び４５ｃの中心孔４５ａの内径は、この中心孔４５ａ内を上記治具３が軸方向に摺動可能となるように、円筒状基部３１の外径ｄ２と略同等とされている。
【００４８】
この配設工程では、リング状押さえ型４９及び第２パンチ５０を図７に示される状態から上昇させた状態で、まず、上記治具３を第１及び第２下型４５ｂ及び４５ｃの中心孔４５ａ内に挿入し、治具３のリング状基部３１の下端面を上記リング状部材４６の上端面に当接させた。
【００４９】
そして、治具３の各外方押圧部３４の外側にハブ２の内側円筒部２３をセットし、ハブ２を第２下型４５ｃの上端面上に置いた。このとき、ハブ２の被押圧内面としての内周面２３ａで各外方押圧部３４の押圧外面３４ａがそれぞれ拘束されることにより、各該外方押圧部３４が半径方向内方へ所定量（Ｔ＝Ｄ２−ＤＭ）弾性変形しており、この各外方押圧部３４の弾性復元力によりハブ２の内周面２３ａが各押圧外面３４ａで半径方向外方へ周方向において略均等に押圧されている。その結果、各外方押圧部３４の押圧外面３４ａと内周面２３ａとの間のクリアランスが零に維持されており、治具３の各外方押圧部３４に対してハブ２が同軸的に保持されている。
【００５０】
その後、治具３の各内方押圧部３２の内側にシャフト１をセットし、シャフト１の第１水平部１２ａの下面を各内方押圧部３２の上端面に当接した。このとき、シャフト１の被押圧外面としての外周側面１１ａで各内方押圧部３２の押圧内面３２ａがそれぞれ拘束されることにより、各該内方押圧部３２が半径方向外方へ所定量（Ｕ＝ＤＬ−Ｄ１）弾性変形しており、この各内方押圧部３２の弾性復元力によりシャフト１の外周側面１１ａが各押圧内面３２ａで半径方向内方へ周方向において略均等に押圧されている。その結果、各内方押圧部３２の押圧内面３２ａと外周側面１１ａとの間のクリアランスが零に維持されており、治具３の各内方押圧部３２に対してシャフト１が同軸的に保持されている。
【００５１】
こうして、治具３を第１及び第２下型４５ｂ及び４５ｃの中心孔４５ａと略同軸的に配設するとともに、この治具３の各内方押圧部３２に対してシャフト１を同軸的に配設する一方、各外方押圧部３４に対してハブ２を同軸的に配設した。このとき、前述のとおり、治具３の各内方押圧部３２と各外方押圧部３４とはほぼ正確に同軸（ずれが０．０１ｍｍ以下）とされていることから、治具３に対して、シャフト１及びハブ２をほぼ正確に（ずれが０．０１ｍｍ以下）同軸的にセットした。
【００５２】
最後に、リング状押さえ型４９を下降させ、リング状押さえ型４９と第２下型４５ｃとでハブ２の水平フランジ部２２を挟持するとともに、リング上押さえ型４９の内周面でハブ２の内側円筒部２３の外周面を拘束した。
【００５３】
（プレス工程）
その後、図９及び図１０に示すように、治具３に対してシャフト１及びハブ２をほぼ正確に同軸的に保持させた上記セット状態を維持した状態で、第２パンチ５０を下降させて、バネ部材４７に抗してシャフト１、治具３及びリング状部材４６を下方に移動させた。そして、リング状部材４６の下端面を基台４３の上面に当接させてプレス工程を終了した。
【００５４】
なお、このプレス工程では、プレス初期段階からプレス工程の終了直前まで上記セット状態が維持されている。また、プレス工程終了時点では、治具３の各外方押圧部３４の上端面は第２下型４５ｃの上面と高さが一致する位置にあり、各外方押圧部３４はハブ２の内周面２３ａから下方に外れている。
【００５５】
こうして、ハブ２の内側円筒部２３内にシャフト１の外周縁端部１１ａを押し込んでシャフト１とハブ２とを塑性結合した。このとき、シャフト１の外周縁端部１２ｂの歯部１３が内側円筒部２３の内周面２３ａに食い込み、この食い込みに伴って内側円筒部２３の材料が歯溝部１４内やプレス進行側に塑性流動した。これにより、図１１に示されるように歯部１３及び歯溝部１４と互いに噛み合う形成歯溝部２６及び形成歯部２７を内側円筒部２３の内周面２３ａに形成するとともに、各歯部１３のプレス進行側における該内側円筒部２３の内周面２３ａに棚部２４を形成した。
【００５６】
（かしめ加工工程）
最後に、図１２に示すように、かしめ加工部２５を成形するための環状凸部５１ａを下面の外周端部に有する第３パンチ５１で、内側円筒部２３の内周側上端面を押圧して押し潰した。これにより、シャフト１の外周縁端部１２ｂのプレス後退側における内側円筒部２３の内周面２３ａにかしめ加工を施してかしめ加工部２５を形成した。
【００５７】
その後、リング状押さえ型４９及び第３パンチ５１を上昇させた後、ノックアウトピン４８を上昇させて、塑性結合部品を取り出した。
【００５８】
こうして、軸方向における相対移動及び相対回転が確実に規制された状態で塑性結合されたシャフト１とハブ２との塑性結合部品を得た。
【００５９】
本実施形態では、シャフト１の軸部１１の外径寸法等の誤差を治具３の内方押圧部３２の半径方向外方への弾性変形により吸収する一方、ハブ２の内側円筒部２３の内径寸法等の誤差を治具３の外方押圧部３４の半径方向内方への弾性変形により吸収することができるので、たとえ軸部１１の外径寸法や内側円筒部２３の内径寸法等に誤差があったとしても、常に、治具３に対してシャフト１とハブ２とを同軸的に保持させることが可能となり、したがって、シャフト１とハブ２との同軸度を効果的に向上させることができる。
【００６０】
よって、シャフト１及びハブ２よりなる塑性結合部品の製品機能を向上させることが可能になるとともに、同軸度を高めるための後加工の廃止によりコストダウンを図ることが可能になる。
【００６１】
なお、上述の実施形態では、治具３を中心孔４５ａ内に配設した後、この治具３に対してシャフト１及びハブ２をセットしたが、治具３にシャフト１及びハブ２をセットした後、この治具３、シャフト１及びハブ２の一体化物をプレス機に配設してもよい。
【００６２】
また、上述の実施形態では、シャフト１及びハブ２の形状上の都合から、シャフト１の軸部１１の外周側面１１ａを治具３の内方押圧部３２の押圧内面３２ａで押圧される被押圧外面にするとともに、ハブ２の内側円筒部２３の結合内面としての内周面２３ａを外方押圧部３４の押圧外面３４ａで押圧される被押圧内面にする例について説明したが、被押圧外面及び被押圧内面等の態様はこれに限定されるものではない。例えば、シャフト１の外周縁端部１２ｂの結合外面としての外周端面１２ｃを被押圧外面にするとともに、ハブ２の外側円筒部２１の内周面を被押圧内面にすることも可能である。また、内側部材及び外側部材の製品形状に応じて、内側部材の結合外面以外の面を被押圧対面としたり、外側部材の結合内面以外の面を被押圧内面とすることは勿論可能である。
【００６３】
さらに、上述の実施形態では、管状素材を切削加工することにより得られた一体削り出し品からなる治具３を採用したが、治具３は必要機能さえ満足していれば分割組立品であってもよく、また、スライド機構とバネ弾性とを利用して内方押圧部及び外方押圧部を半径方向に弾性的に移動させる構成であってもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る２部材の塑性結合方法によれば、内側部材と外側部材との同軸度を効果的に向上させることが可能となる。
【００６５】
したがって、塑性結合部品としての製品機能を向上させたり、同軸度を高めるための後加工の廃止によりコストダウンを図ったりすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態に係り、シャフトとハブとを結合した状態を示す断面図である。
【図２】 本実施形態に係り、シャフトとハブとの結合構造を示す要部断面図である。
【図３】 本実施形態に係り、治具の要部構成を示す部分斜視図である。
【図４】 本実施形態に係り、図３を上から見た治具の平面図である。
【図５】 本実施形態に係り、治具の寸法とシャフト及びハブの寸法との関係を説明する説明図である。
【図６】 本実施形態に係り、セレーション成形工程を説明する要部断面図である。
【図７】 本実施形態に係り、配設工程を説明する断面図である。
【図８】 図７の要部断面図である。
【図９】 本実施形態に係り、プレス工程を説明する断面図である。
【図１０】 図９の要部断面図である。
【図１１】 上記プレス工程により、形成歯溝部及び形成歯部が形成された後の状態を示す要部平面図である。
【図１２】 本実施形態に係り、かしめ加工工程を説明する断面図である。
【図１３】 従来例に係り、２部材の塑性結合方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１…シャフト（内側部材） ２…ハブ（外側部材）
３…治具 １１ａ…外周側面（被押圧外面）
１２ｃ…外周端面（結合外面） １３…歯部
２３ａ…内周面（結合内面及び被押圧内面）
３１…円筒状基部 ３２…内方押圧部
３２ａ…押圧内面 ３３…スリット
３４…外方押圧部 ３４ａ…押圧外面
【発明の属する技術分野】
本発明は２部材の塑性結合方法及び塑性結合用治具に関する。本発明に係る２部材の塑性結合方法及びその塑性結合方法に用いる塑性結合用治具は、例えば、車両用オートマチック部品のドラムやハブ等をシャフトに結合する場合に好適に利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用オートマチック部品としてのドラムやハブは、シャフトに対して一体的に結合されている。かかるドラムやハブとシャフトとの結合には、電子ビーム溶接やレーザ溶接等が利用されている。
【０００３】
しかし、電子ビーム溶接やレーザ溶接を利用して２つの部材を結合する場合、電子ビームやレーザを発生させるべく、特殊な溶接装置の使用や多大な電力消費が必要となり、コスト高となる。
【０００４】
そこで、プレス機械等の使用のみで足り、コスト面で有利なかしめ締結を利用して２つの部材を塑性結合する方法が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
特許文献１に記載されたかしめ締結を利用する塑性結合方法では、以下に示すように、アウタレース９１の段差部９１ａにブレーキハブ９２の内周縁端部９２ａをかしめ締結することにより、アウタレース９１とブレーキハブ９２とを塑性結合する（図１３参照。）。
【０００６】
ブレーキハブ９２より硬度の高いアウタレース９１の段差部９１ａには、軸方向と平行に延びる円形外面にローレット加工により歯部が予め設けられている。そして、アウタレース９１の外周側面９１ｂを内周側面９３ａで支持する治具９３上に該アウタレース９１をセットするとともに、このアウタレース９１の段差部９１ａにブレーキハブ９２の内周縁端部９２ａをセットした状態で、駆動手段９４によってヘッド９５を回転させながら下方に荷重を加え、円周方向における３箇所に配設されたかしめローラ９６によってアウタレース９１の凸部９１ｃを押し潰す。こうして凸部９１ｃを円周方向において均等に押し潰すことにより、該凸部９１ｃをブレーキハブ９２の内周縁端部９２ａに食い込ませて、押し潰された部分と段差部９１ａの水平面との間で該内周縁端部９２ａを挟持するとともに、この食い込みに伴い内周縁端部９２ａの材料を塑性流動によってローレットの歯間に進入させ、アウタレース９１とブレーキハブ９２とを塑性結合する。
【０００７】
ここに、この塑性結合方法では、かしめ前のセット状態においてアウタレース９１の段差部９１ａとブレーキハブ９２の内周縁端部９２ａとの間に形成された所定のクリアランスを、円周方向における３箇所で同時にかしめて円周方向において凸部９１ｃを均等に押し潰すことにより、均等に小さくしていくことで、アウタレース９１とブレーキハブ９２との軸心合わせを行っている。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１１−３３３５３３号公報（第３−４頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の塑性結合方法では、アウタレース９１及び治具９３それぞれの加工寸法公差により、アウタレース９１の外周側面９１ｂと治具９３の内周側面９３ａとの間に若干のクリアランスが形成されることを避けられない。このクリアランスの存在は、治具９３に対してアウタレース９１が偏心した状態でセットされたり、治具９３に対してアウタレース９１が軸直角方向に遊動したりすることを誘発する。かかる状況下では、ヘッド９５の軸心（３個のかしめローラ９６の中心）とアウタレース９１の軸心とを合わせること、ひいては３個のかしめローラ９６によりアウタレース９１の凸部９１ｃを周方向で均等に押し潰すことは困難である。
【００１０】
したがって、上記従来の塑性結合方法では、アウタレース９１の軸心とブレーキハブ９２の軸心とを精密に合わせすることが困難であり、両者の同軸度にはばらつきが生じ易い。
【００１１】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、同軸度を向上させることのできる２部材の塑性結合方法及び塑性結合用治具を提供することを解決すべき技術課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の２部材の塑性結合方法は、円周外面よりなる結合外面及び円周外面よりなる被押圧外面を有する内側部材と、円周内面よりなる結合内面及び円周内面よりなる被押圧内面を有する外側部材とを、該内側部材及び該外側部材のうちの硬度の高い方の部材の結合面にプレス方向と平行に歯すじが延びるように予め設けられた複数の歯部を硬度の低い方の部材の結合面に食い込ませながら、塑性結合する２部材の塑性結合方法であって、半径方向内方へ付勢されて上記被押圧外面を周方向において略均等に押圧内面で押圧可能な内方押圧部と、半径方向外方へ付勢されて上記被押圧内面を周方向において略均等に押圧外面で押圧可能な外方押圧部とが同軸的に設けられた治具を用い、プレス機の所定位置に上記治具を配設するとともに該治具に対して上記内側部材及び上記外側部材をセットし、半径方向内方へ付勢された上記内方押圧部の上記押圧内面で上記被押圧外面を半径方向内方へ周方向において略均等に押圧する一方、半径方向外方へ付勢された上記外方押圧部の上記押圧外面で上記被押圧内面を半径方向外方へ周方向において略均等に押圧するセット状態にする配設工程と、少なくともプレス初期段階では上記セット状態を維持しながら、上記プレス機により上記内側部材と上記外側部材とを上記歯すじが延びる方向に相対移動させて塑性結合するプレス工程とを備えていることを特徴とするものである。
【００１３】
この２部材の塑性結合方法では、配設工程で、プレス機の所定位置に治具を配設するとともに該治具に対して内側部材及び外側部材をセットしてセット状態にする。このセット状態では、半径方向内方へ付勢された内方押圧部の押圧内面により内側部材の被押圧外面を半径方向内方へ周方向において略均等に押圧する一方、該内方押圧部と同軸的に設けられ半径方向外方へ付勢された外方押圧部の押圧外面により外側部材の被押圧内面を半径方向外方へ周方向において略均等に押圧している。このため、たとえセット前においては、治具の内方押圧部及び内側部材の被押圧外面の加工寸法公差により該内方押圧部と該被押圧外面との間にクリアランスがあったり、あるいは治具の外方押圧部及び外側部材の被押圧内面の加工寸法公差により該外方押圧部と該被押圧内面との間にクリアランスがあったりしたとしても、上記セット状態ではこれらのクリアランスを確実に無くすことができる。したがって、所定位置に配設された治具に対して、内側部材及び外側部材を確実に同軸的に保持させることができる。
【００１４】
そして、プレス工程で、少なくともプレス初期段階では上記セット状態を維持しながら上記プレス機により内側部材と外側部材とを塑性結合することにより、治具に対して内側部材及び外側部材を確実に同軸的に保持させた状態で両部材を塑性結合することができる。したがって、内側部材と外側部材との同軸度を効果的に向上させることが可能となる。
【００１５】
よって、塑性結合部品としての製品機能を向上させたり、同軸度を高めるための後加工の廃止によりコストダウンを図ったりすることが可能となる。
【００１６】
また、内側部材及び外側部材のうちの硬度の高い方の結合面にはプレス方向と平行に歯すじが延びる複数の歯部が予め設けられており、プレス工程では、この歯部を硬度の低い方の部材の結合面に食い込ませながら、該歯部の歯すじが延びる方向に両部材を相対移動させることにより、両部材を塑性結合する。このとき、硬度の低い方の部材の材料が塑性流動により複数の歯部の歯溝部に流入する。こうして各結合面の歯部及び歯溝部同士の噛み合い係合により、内側部材と外側部材との間で、円周方向における結合強度を高めることができ、両部材間の相対回転を確実に規制することが可能となる。
【００１７】
さらに、硬度の低い方の部材の結合面には、歯部の食い込みで結合の進行方向に押し流される材料の塑性流動により、各該歯部の結合進行側における該結合面に棚部を形成することができる。こうして硬度の低い方の部材の結合面に形成された棚部により、硬度の低い方の部材に対して硬度の高い方の部材が結合進行側に相対移動することを確実に規制することができ、位置決め精度や結合強度を高めることができる。
【００１８】
なお、上記棚部の大きさは、歯部と相手側の結合面との重なり幅や歯部により相手側の結合面が押し込まれる長さによって適宜設定可能であり、軸方向（プレス方向）における結合力を適切に確保するには、結合面からの突出長さが１．０〜３．０ｍｍ程度となり、軸方向（プレス方向）における厚さが０．２〜０．６ｍｍ程度となるような大きさとすることが好ましい。
【００１９】
ここに、上記内側部材において、上記結合外面と上記被押圧外面とは、異なる円周外面により構成してもよいし、同一の円周外面により構成してもよい。同様に、上記外側部材において、上記結合内面と上記被押圧内面とは、異なる円周内面により構成してもよいし、同一の円周内面により構成してもよい。
【００２０】
また、硬度の高い方の部材の結合面に予め設けておく歯部は、プレス又は切削加工により歯丈の高いものとしておくことにより、内側部材及び外側部材間の相対回転をより確実に規制することが可能となる。具体的には、この歯部の全歯丈は０．９〜１．５ｍｍ程度とすることが好ましい。
【００２１】
さらに、内側部材及び外側部材の硬度は、ビッカース硬さで、硬度の高い方の部材の硬度を４５０Ｈｖ以上とする一方、硬度の低い方の部材の硬度を８０〜１５０Ｈｖ程度とし、かつ、硬度の高い方の部材の硬度を硬度の低い方の部材の硬度の３倍以上とすることが好ましい。
【００２２】
好適な態様において、前記治具は、円筒状基部と、周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の前記内方押圧部と、複数のスリットを介して該内方押圧部と周方向に交互にかつ同軸的に配置されるとともに周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の該一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の前記外方押圧部とからなり、各上記内方押圧部の押圧内面をそれぞれ周方向に結ぶ内面仮想円の直径は前記被押圧外面の外径の最小許容寸法以下に設定される一方、各上記外方押圧部の押圧外面をそれぞれ周方向に結ぶ外面仮想円の直径は前記被押圧内面の内径の最大許容寸法以上に設定され、前記セット状態では、上記被押圧外面で各上記押圧内面がそれぞれ拘束されることにより半径方向外方へ弾性変形している各上記内方押圧部がその弾性復元力により半径方向内方へ付勢される一方、上記被押圧内面で各上記押圧外面がそれぞれ拘束されることにより半径方向内方へ弾性変形している各上記外方押圧部がその弾性復元力により半径方向外方へ付勢されている。
【００２３】
この２部材の塑性結合方法で用いる治具は、内側部材及び外側部材がセットされたセット状態で、半径方向外方へ弾性変形している各内方押圧部がその弾性復元力により半径方向内方へ付勢される一方、各該内方押圧部と同軸的に設けられ半径方向内方へ弾性変形している各外方押圧部がその弾性復元力により半径方向外方へ付勢されている。すなわち、このセット状態では、各内方押圧部が内側部材の被押圧外面の実際寸法に合わせて半径方向外方へ弾性変形することにより各該内方押圧部と該被押圧外面との間のクリアランスが零に維持される一方、各該内方押圧部と同軸的に設けられた各外方押圧部が外側部材の被押圧内面の実際寸法に合わせて半径方向内方へ弾性変形することにより各該外方押圧部と該被押圧内面との間のクリアランスが零に維持されている。したがって、プレス機の所定位置に配設された治具に対して、内側部材及び外側部材を確実に同軸的に保持させることができる。
【００２４】
そして、かかる治具の採用により、簡素な構造でかつ効果的に内側部材及び外側部材の同軸度を向上させることが可能となる。
【００２５】
上記課題を解決する本発明の塑性結合用治具は、円周外面よりなる結合外面及び円周外面よりなる被押圧外面を有する内側部材と、円周内面よりなる結合内面及び円周内面よりなる被押圧内面を有する外側部材とを、該内側部材及び該外側部材のうちの硬度の高い方の部材の結合面にプレス方向と平行に歯すじが延びるように予め設けられた複数の歯部を硬度の低い方の部材の結合面に食い込ませながら、塑性結合する２部材の塑性結合方法に用いる塑性結合用治具であって、円筒状基部と、周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の内方押圧部と、複数のスリットを介して該内方押圧部と周方向に交互にかつ同軸的に配置されるとともに周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の該一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の外方押圧部とからなり、各上記内方押圧部の押圧内面をそれぞれ周方向に結ぶ内面仮想円の直径は上記被押圧外面の外径の最小許容寸法以下に設定される一方、各上記外方押圧部の押圧外面をそれぞれ周方向に結ぶ外面仮想円の直径は上記被押圧内面の内径の最大許容寸法以上に設定されていることを特徴とするものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ具体的に説明する。
【００２７】
この実施形態は、自動車用オートマチック部品としてのハブ及びシャフトの結合に本発明を適用したものである。
【００２８】
シャフト１とハブ２とが一体的に塑性結合された、シャフト１及びハブ２よりなる２部材の塑性結合部品を図１に示す。
【００２９】
シャフト１は、軸直角断面形状が円形のパイプ状をなし、軸部１１と、軸部１１の一端から遠心方向に水平に階段状に延出して、内周側の第１水平部１２ａ及び外周側の第２水平部としての外周縁端部１２ｂをもつ鍔１２とを一体に有している。このシャフト１は本発明に係る内側部材を構成する。そして、シャフト１の軸部１１の外周側面１１ａが本発明に係る円周外面よりなる被押圧外面を構成し、また、鍔部１２の外周縁端部１２ｂの外周端面１２ｃが本発明に係る円周外面よりなる結合外面を構成する。
【００３０】
ハブ２は、外側円筒部２１と、この外側円筒部２１の下端から求心方向に一体に略水平に延出する水平フランジ部２２と、この水平フランジ部２２の求心側端縁から垂直に上方に向かって一体に延出する内側円筒部２３とから構成されている。このハブ２は本発明に係る外側部材を構成する。そして、ハブ２の内側円筒部２３の内周面２３ａが本発明に係る円周内面よりなる結合内面及び被押圧内面を構成する。なお、外側円筒部２１及び内側円筒部２３は同軸をなし、外側円筒部２１の方が内側円筒部２３よりも軸方向長さが長くされている。
【００３１】
また、図２に示されるように、シャフト１の外周縁端部１２ｂの下側（プレス方向におけるプレス進行側）における内側円筒部２３の内周面には棚部２４が後述するプレス工程時に形成されるとともに、該外周縁端部１２ｂの上側（プレス方向におけるプレス後退側）における内側円筒部２３の該内周面にはかしめ加工部２５が後述するかしめ工程時に形成されており、該棚部２４及び該かしめ加工部２５間で該外周縁端部１２ｂが軸方向に挟持されている。
【００３２】
さらに、シャフト１の外周縁端部１２ｂの外周端面１２ｃには、軸方向（プレス方向）と平行に歯すじが延びる複数の歯部１３及び歯溝部１４が予め設けられている。そして、ハブ２の内側円筒部２３の内周面２３ａには、軸方向と平行に歯すじが延びる形成歯溝部２６及び形成歯部２７が後述するプレス工程時に形成され、シャフト１の歯部１３及び歯溝部１４とハブ２の形成歯溝部２６及び形成歯部２７とが噛み合い係合している（図１１参照）。シャフト１の外周縁端部１２ｂに予め設けられた歯部１３及び歯溝部１４は、後述するようにプレス加工によるもので、歯部１３の歯丈は高トルクに対応すべく１．２ｍｍとされている。
【００３３】
なお、上記シャフト１はビッカース硬さがＨｖ８００程度であるＳＣＭ４２０Ｈ（浸炭処理されたクロムモリブデン鋼）よりなり、上記ハブ２はビッカース硬さがＨｖ１００程度であるＳＰＨＤ（熱間圧延鋼板）よりなる。また、上記棚部２４は、内側円筒部２３の内周面２３ａから求心方向に突出して外周縁端部１２ｂと半径方向に重なる部分の長さが２．０ｍｍであり、軸方向における厚さが０．４ｍｍである。さらに、上記かしめ加工部２５は、内側円筒部２３の内周面２３ａから求心方向に突出して外周縁端部１１ａと半径方向に重なる部分の長さが１．０ｍｍであり、軸方向における厚さが１．０ｍｍである。
【００３４】
また、シャフト１とハブ２とを結合する前の状態において、シャフト１の外周縁端部１２ｂの歯部１３における外径はハブ２の内側円筒部２３の内周面２３ａの内径よりも大きく、かつ、該外周縁端部１２ｂの歯溝部１４における外径は該内周面２３ａの内径よりも小さく設定されている。
【００３５】
上記構成を有するシャフト１及びハブ２よりなる２部材の塑性結合部品は、図３〜図５に示される塑性結合用治具３を用いて、以下に示すように塑性結合したものである。
【００３６】
治具３は、例えば、ばね鋼ＳＵＰ６よりなり所定の内・外径を有する管状素材を切削加工することにより得られた一体削り出し品で、内径ｄ１及び外径ｄ２の円筒状基部３１と、周方向において略均等（約１２０度間隔）に配置されるように円筒状基部３１の一端に一体に設けられて半径方向内方及び外方への弾性変形が可能な３個の内方押圧部３２と、周方向において略均等（約６０度間隔）に配設された６個のスリット３３と、スリット３３を介して内方押圧部３２と周方向に交互にかつ同軸的に配置されるとともに周方向において略均等（約１２０度間隔）に配置されるように円筒状基部３１の該一端に一体に設けられて半径方向内方及び外方への弾性変形が可能な３個の外方押圧部３４とから構成されている。
【００３７】
各内方押圧部３２は、シャフト１の被押圧外面としての外周側面１１ａに対応する円弧内面よりなる押圧内面３２ａと、円弧外面３２ｂとを有している。一方、各外方押圧部３４は、ハブ２の結合内面及び被押圧内面としての内周面２３ａに対応する円弧外面よりなる押圧外面３４ａと、円弧内面３４ｂとを有している。そして、各内方押圧部３２の押圧内面３２ａをそれぞれ周方向に結ぶ内面仮想円Ｐ（図５に２点鎖線で示す）の直径（Ｄ１）は被押圧外面としての外周側面１１ａの外径の最小許容寸法（ＤＬ）以下（Ｄ１≦ＤＬ）に設定される一方、各外方押圧部３４の押圧外面３４ａをそれぞれ周方向に結ぶ外面仮想円Ｑの直径（Ｄ２、円筒状基部３１の外径ｄ２に等しい）は被押圧内面としての内周面２３ａの内径の最大許容寸法（ＤＭ）以上（ＤＭ≦Ｄ２）に設定されている。
【００３８】
ここに、各内方押圧部３２と各外方押圧部３４とは、上記内面仮想円Ｐの中心と上記外面仮想円Ｑの中心とのずれが０．０１ｍｍ以下となるように、ほぼ正確に同軸とされている。
【００３９】
なお、各内方押圧部３２の各円弧外面３２ｂを周方向に結ぶ仮想円の直径は、後述する配設工程及びプレス工程のプレス初期段階で、各内方押圧部３２がハブ２の内周面２３ａで拘束されることなく半径方向外方へ弾性変形することを許容すべく、上記外面仮想円Ｑの直径（Ｄ２）よりも所定量（Ｒ≧ＤＬ−Ｄ１）小さく設定されている。同様に、各内方押圧部３２の押圧内面３２ａをそれぞれ周方向に結ぶ上記内面仮想円Ｐの直径（Ｄ１）は、後述する配設工程で、シャフト１の外周側面１１ａが円筒状基部３１内に挿通されることを許容するとともに、後述する配設工程及びプレス工程で各内方押圧部３２が半径方向外方へ弾性変形することを許容すべく、円筒状基部３１の内径ｄ１よりも所定量（Ｒ≧ＤＬ−Ｄ１）小さく設定されている。
【００４０】
一方、各外方押圧部３４の各円弧内面３４ｂを周方向に結ぶ仮想円の直径は、後述する配設工程及びプレス工程で、各外方押圧部３４がシャフト１の第１水平部１２ａの外周面で拘束されることなく半径方向内方へ弾性変形することを許容すべく、該第１水平部１２ａの外周面の外径よりも所定量（Ｓ≧Ｄ２−ＤＭ）大きく設定されている。
【００４１】
また、各外方押圧部３４の軸方向長さ（円筒状基部３１の一端からの突出長さ）は、後述する配設工程及びプレス工程で、シャフト１の第１水平部１２ａの下面が各内方押圧部３２の上端面に当接した状態でも各外方押圧部３４が外周縁端部１２ｂの下面に当たることなく半径方向内方へ弾性変形することを許容するとともに、後述するプレス工程の終了時に、シャフト１の外周縁端部１２ｂの下面と各外方押圧部３４の上端面との間に上記棚部２４を形成しうるように、各内方押圧部３２の軸方向長さ（円筒状基部３１の一端からの突出長さ）よりも所定量（シャフト１の第１水平部１２ａの外周面の軸方向長さよりも小さい）長く設定されている。
【００４２】
以下、本実施形態における塑性結合方法を説明する。
【００４３】
（準備工程）
まず、パイプ状素材からプレス加工等により軸部１１の一端に鍔部１２を一体に有するシャフト１を所定形状に成形した。また、板状素材からプレス加工等により外側円筒部２１、水平フランジ部２２及び内側円筒部２３を一体に有するハブ２を所定形状に成形した。さらに、管状素材から切削加工等により一体削り出し品としての治具３を製作した。
【００４４】
（セレーション成形工程）
図６に示すようにシャフト１をダイス４１のダイス穴４１ａ内にセットした。このダイス４１のダイス穴４１ａの内周面にはセレーションとしての歯部１３及び歯溝部１４を成形するための歯成形部４１ｂが下方部に形成されている。なお、ダイス４１のダイス穴４１ａの内径は、外周縁端部１２ｂの外周端面１２ｃの外径と略同一とされている。
【００４５】
そして、シャフト１の軸部１１の孔内に嵌合される中央凸部４２ａと、鍔部１２の外周縁端部１２ｂの上端面に当接される環状当接面４２ｂとを有する第１パンチ４２でシャフト１をダイス穴４１ａ内に押し込んで、ダイス４１の歯成形部４１ｂで外周縁端部１２ｂの外周端面１２ｃに歯部１３及び歯溝部１４を成形した。
【００４６】
（配設工程）
シャフト１とハブとを塑性結合するためのプレス機は、図７及び図８に示すように、中心穴４３ａをもつ基台４３と、中心穴４３ａに嵌合されて基台４３上に立設された中央基台４４と、中心孔４５ａが中央基台４４と同軸状に配置されるように基台４３上に固定された第１及び第２下型４５ｂ及び４５ｃと、中心穴４３ａ及び中心孔４５ａ間の円筒状隙間に軸方向（中心孔４５ａ等の軸方向をいい、図７の上下方向。プレス方向でもある。以下、同様）に摺動可能に収容されたリング状部材４６と、基台４３及び円筒状部材４６間に配設されリング状部材４６を上方に付勢するバネ部材４７と、基台４３並びに第１及び第２下型４５ｂ及び４５ｃ内を軸方向に昇降可能なノックアウトピン４８と、リング状押さえ型４９と、第２パンチ５０とを備えている。
【００４７】
なお、ノックアウトピン４８、リング状押さえ型４９及び第２パンチ５０は、図示しない駆動手段によりそれぞれ昇降可能とされている。また、第１及び第２下型４５ｂ及び４５ｃの中心孔４５ａの内径は、この中心孔４５ａ内を上記治具３が軸方向に摺動可能となるように、円筒状基部３１の外径ｄ２と略同等とされている。
【００４８】
この配設工程では、リング状押さえ型４９及び第２パンチ５０を図７に示される状態から上昇させた状態で、まず、上記治具３を第１及び第２下型４５ｂ及び４５ｃの中心孔４５ａ内に挿入し、治具３のリング状基部３１の下端面を上記リング状部材４６の上端面に当接させた。
【００４９】
そして、治具３の各外方押圧部３４の外側にハブ２の内側円筒部２３をセットし、ハブ２を第２下型４５ｃの上端面上に置いた。このとき、ハブ２の被押圧内面としての内周面２３ａで各外方押圧部３４の押圧外面３４ａがそれぞれ拘束されることにより、各該外方押圧部３４が半径方向内方へ所定量（Ｔ＝Ｄ２−ＤＭ）弾性変形しており、この各外方押圧部３４の弾性復元力によりハブ２の内周面２３ａが各押圧外面３４ａで半径方向外方へ周方向において略均等に押圧されている。その結果、各外方押圧部３４の押圧外面３４ａと内周面２３ａとの間のクリアランスが零に維持されており、治具３の各外方押圧部３４に対してハブ２が同軸的に保持されている。
【００５０】
その後、治具３の各内方押圧部３２の内側にシャフト１をセットし、シャフト１の第１水平部１２ａの下面を各内方押圧部３２の上端面に当接した。このとき、シャフト１の被押圧外面としての外周側面１１ａで各内方押圧部３２の押圧内面３２ａがそれぞれ拘束されることにより、各該内方押圧部３２が半径方向外方へ所定量（Ｕ＝ＤＬ−Ｄ１）弾性変形しており、この各内方押圧部３２の弾性復元力によりシャフト１の外周側面１１ａが各押圧内面３２ａで半径方向内方へ周方向において略均等に押圧されている。その結果、各内方押圧部３２の押圧内面３２ａと外周側面１１ａとの間のクリアランスが零に維持されており、治具３の各内方押圧部３２に対してシャフト１が同軸的に保持されている。
【００５１】
こうして、治具３を第１及び第２下型４５ｂ及び４５ｃの中心孔４５ａと略同軸的に配設するとともに、この治具３の各内方押圧部３２に対してシャフト１を同軸的に配設する一方、各外方押圧部３４に対してハブ２を同軸的に配設した。このとき、前述のとおり、治具３の各内方押圧部３２と各外方押圧部３４とはほぼ正確に同軸（ずれが０．０１ｍｍ以下）とされていることから、治具３に対して、シャフト１及びハブ２をほぼ正確に（ずれが０．０１ｍｍ以下）同軸的にセットした。
【００５２】
最後に、リング状押さえ型４９を下降させ、リング状押さえ型４９と第２下型４５ｃとでハブ２の水平フランジ部２２を挟持するとともに、リング上押さえ型４９の内周面でハブ２の内側円筒部２３の外周面を拘束した。
【００５３】
（プレス工程）
その後、図９及び図１０に示すように、治具３に対してシャフト１及びハブ２をほぼ正確に同軸的に保持させた上記セット状態を維持した状態で、第２パンチ５０を下降させて、バネ部材４７に抗してシャフト１、治具３及びリング状部材４６を下方に移動させた。そして、リング状部材４６の下端面を基台４３の上面に当接させてプレス工程を終了した。
【００５４】
なお、このプレス工程では、プレス初期段階からプレス工程の終了直前まで上記セット状態が維持されている。また、プレス工程終了時点では、治具３の各外方押圧部３４の上端面は第２下型４５ｃの上面と高さが一致する位置にあり、各外方押圧部３４はハブ２の内周面２３ａから下方に外れている。
【００５５】
こうして、ハブ２の内側円筒部２３内にシャフト１の外周縁端部１１ａを押し込んでシャフト１とハブ２とを塑性結合した。このとき、シャフト１の外周縁端部１２ｂの歯部１３が内側円筒部２３の内周面２３ａに食い込み、この食い込みに伴って内側円筒部２３の材料が歯溝部１４内やプレス進行側に塑性流動した。これにより、図１１に示されるように歯部１３及び歯溝部１４と互いに噛み合う形成歯溝部２６及び形成歯部２７を内側円筒部２３の内周面２３ａに形成するとともに、各歯部１３のプレス進行側における該内側円筒部２３の内周面２３ａに棚部２４を形成した。
【００５６】
（かしめ加工工程）
最後に、図１２に示すように、かしめ加工部２５を成形するための環状凸部５１ａを下面の外周端部に有する第３パンチ５１で、内側円筒部２３の内周側上端面を押圧して押し潰した。これにより、シャフト１の外周縁端部１２ｂのプレス後退側における内側円筒部２３の内周面２３ａにかしめ加工を施してかしめ加工部２５を形成した。
【００５７】
その後、リング状押さえ型４９及び第３パンチ５１を上昇させた後、ノックアウトピン４８を上昇させて、塑性結合部品を取り出した。
【００５８】
こうして、軸方向における相対移動及び相対回転が確実に規制された状態で塑性結合されたシャフト１とハブ２との塑性結合部品を得た。
【００５９】
本実施形態では、シャフト１の軸部１１の外径寸法等の誤差を治具３の内方押圧部３２の半径方向外方への弾性変形により吸収する一方、ハブ２の内側円筒部２３の内径寸法等の誤差を治具３の外方押圧部３４の半径方向内方への弾性変形により吸収することができるので、たとえ軸部１１の外径寸法や内側円筒部２３の内径寸法等に誤差があったとしても、常に、治具３に対してシャフト１とハブ２とを同軸的に保持させることが可能となり、したがって、シャフト１とハブ２との同軸度を効果的に向上させることができる。
【００６０】
よって、シャフト１及びハブ２よりなる塑性結合部品の製品機能を向上させることが可能になるとともに、同軸度を高めるための後加工の廃止によりコストダウンを図ることが可能になる。
【００６１】
なお、上述の実施形態では、治具３を中心孔４５ａ内に配設した後、この治具３に対してシャフト１及びハブ２をセットしたが、治具３にシャフト１及びハブ２をセットした後、この治具３、シャフト１及びハブ２の一体化物をプレス機に配設してもよい。
【００６２】
また、上述の実施形態では、シャフト１及びハブ２の形状上の都合から、シャフト１の軸部１１の外周側面１１ａを治具３の内方押圧部３２の押圧内面３２ａで押圧される被押圧外面にするとともに、ハブ２の内側円筒部２３の結合内面としての内周面２３ａを外方押圧部３４の押圧外面３４ａで押圧される被押圧内面にする例について説明したが、被押圧外面及び被押圧内面等の態様はこれに限定されるものではない。例えば、シャフト１の外周縁端部１２ｂの結合外面としての外周端面１２ｃを被押圧外面にするとともに、ハブ２の外側円筒部２１の内周面を被押圧内面にすることも可能である。また、内側部材及び外側部材の製品形状に応じて、内側部材の結合外面以外の面を被押圧対面としたり、外側部材の結合内面以外の面を被押圧内面とすることは勿論可能である。
【００６３】
さらに、上述の実施形態では、管状素材を切削加工することにより得られた一体削り出し品からなる治具３を採用したが、治具３は必要機能さえ満足していれば分割組立品であってもよく、また、スライド機構とバネ弾性とを利用して内方押圧部及び外方押圧部を半径方向に弾性的に移動させる構成であってもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明に係る２部材の塑性結合方法によれば、内側部材と外側部材との同軸度を効果的に向上させることが可能となる。
【００６５】
したがって、塑性結合部品としての製品機能を向上させたり、同軸度を高めるための後加工の廃止によりコストダウンを図ったりすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施形態に係り、シャフトとハブとを結合した状態を示す断面図である。
【図２】 本実施形態に係り、シャフトとハブとの結合構造を示す要部断面図である。
【図３】 本実施形態に係り、治具の要部構成を示す部分斜視図である。
【図４】 本実施形態に係り、図３を上から見た治具の平面図である。
【図５】 本実施形態に係り、治具の寸法とシャフト及びハブの寸法との関係を説明する説明図である。
【図６】 本実施形態に係り、セレーション成形工程を説明する要部断面図である。
【図７】 本実施形態に係り、配設工程を説明する断面図である。
【図８】 図７の要部断面図である。
【図９】 本実施形態に係り、プレス工程を説明する断面図である。
【図１０】 図９の要部断面図である。
【図１１】 上記プレス工程により、形成歯溝部及び形成歯部が形成された後の状態を示す要部平面図である。
【図１２】 本実施形態に係り、かしめ加工工程を説明する断面図である。
【図１３】 従来例に係り、２部材の塑性結合方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１…シャフト（内側部材） ２…ハブ（外側部材）
３…治具 １１ａ…外周側面（被押圧外面）
１２ｃ…外周端面（結合外面） １３…歯部
２３ａ…内周面（結合内面及び被押圧内面）
３１…円筒状基部 ３２…内方押圧部
３２ａ…押圧内面 ３３…スリット
３４…外方押圧部 ３４ａ…押圧外面
Claims (3)
- 円周外面よりなる結合外面及び円周外面よりなる被押圧外面を有する内側部材と、円周内面よりなる結合内面及び円周内面よりなる被押圧内面を有する外側部材とを、該内側部材及び該外側部材のうちの硬度の高い方の部材の結合面にプレス方向と平行に歯すじが延びるように予め設けられた複数の歯部を硬度の低い方の部材の結合面に食い込ませながら、塑性結合する２部材の塑性結合方法であって、
半径方向内方へ付勢されて上記被押圧外面を周方向において略均等に押圧内面で押圧可能な内方押圧部と、半径方向外方へ付勢されて上記被押圧内面を周方向において略均等に押圧外面で押圧可能な外方押圧部とが同軸的に設けられた治具を用い、
プレス機の所定位置に上記治具を配設するとともに該治具に対して上記内側部材及び上記外側部材をセットし、半径方向内方へ付勢された上記内方押圧部の上記押圧内面で上記被押圧外面を半径方向内方へ周方向において略均等に押圧する一方、半径方向外方へ付勢された上記外方押圧部の上記押圧外面で上記被押圧内面を半径方向外方へ周方向において略均等に押圧するセット状態にする配設工程と、
少なくともプレス初期段階では上記セット状態を維持しながら、上記プレス機により上記内側部材と上記外側部材とを上記歯すじが延びる方向に相対移動させて塑性結合するプレス工程とを備えていることを特徴とする２部材の塑性結合方法。 - 前記治具は、円筒状基部と、周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の前記内方押圧部と、複数のスリットを介して該内方押圧部と周方向に交互にかつ同軸的に配置されるとともに周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の該一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の前記外方押圧部とからなり、
各上記内方押圧部の押圧内面をそれぞれ周方向に結ぶ内面仮想円の直径は前記被押圧外面の外径の最小許容寸法以下に設定される一方、各上記外方押圧部の押圧外面をそれぞれ周方向に結ぶ外面仮想円の直径は前記被押圧内面の内径の最大許容寸法以上に設定され、
前記セット状態では、上記被押圧外面で各上記押圧内面がそれぞれ拘束されることにより半径方向外方へ弾性変形している各上記内方押圧部がその弾性復元力により半径方向内方へ付勢される一方、上記被押圧内面で各上記押圧外面がそれぞれ拘束されることにより半径方向内方へ弾性変形している各上記外方押圧部がその弾性復元力により半径方向外方へ付勢されていることを特徴とする請求項１記載の２部材の塑性結合方法。 - 円周外面よりなる結合外面及び円周外面よりなる被押圧外面を有する内側部材と、円周内面よりなる結合内面及び円周内面よりなる被押圧内面を有する外側部材とを、該内側部材及び該外側部材のうちの硬度の高い方の部材の結合面にプレス方向と平行に歯すじが延びるように予め設けられた複数の歯部を硬度の低い方の部材の結合面に食い込ませながら、塑性結合する２部材の塑性結合方法に用いる塑性結合用治具であって、
円筒状基部と、周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の内方押圧部と、複数のスリットを介して該内方押圧部と周方向に交互にかつ同軸的に配置されるとともに周方向において略均等に配置されるように該円筒状基部の該一端に一体に設けられて半径方向への弾性変形が可能な複数の外方押圧部とからなり、
各上記内方押圧部の押圧内面をそれぞれ周方向に結ぶ内面仮想円の直径は上記被押圧外面の外径の最小許容寸法以下に設定される一方、各上記外方押圧部の押圧外面をそれぞれ周方向に結ぶ外面仮想円の直径は上記被押圧内面の内径の最大許容寸法以上に設定されていることを特徴とする塑性結合用治具。
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